DE1143860B

DE1143860B - Transistor amplifier for hearing impaired devices with gain control

Info

Publication number: DE1143860B
Application number: DEW28101A
Authority: DE
Inventors: Fritz Hueber
Original assignee: WILLCO GmbH
Current assignee: WILLCO GmbH
Priority date: 1960-06-29
Filing date: 1960-06-29
Publication date: 1963-02-21

Description

Transistorverstärker für Schwerhörigengeräte mit Verstärkungsregelung Bei Schwerhörigen mit einer Schädigung des Gehörnervensystems tritt meist die bekannte Erscheinung auf, daß trotz einer höher liegenden Reizschwelle des Ohres die Schmerzgrenze im Vergleich mit einem gesunden Ohr nahezu die gleiche oder sogar nach geringeren Schalldruckwerten hin verschoben ist. Das Gehör solcher Patienten hat also oft einen sehr stark eingeengten Dynamikbereich, d. h., die Spanne zwischen den Lautstärken bzw. Schalldrücken, die eben noch wahrgenommen werden, und solchen, die schon einen Schmerzeindruck hervorrufen, ist relativ klein. Die Korrektur derartiger Gehörleiden durch ein Gerät ist deshalb ziemlich schwierig. Rüstet man nämlich den Patienten mit einem normalen linear verstärkenden Hörgerät aus und stellt man dieses so ein, daß die Schmerzgrenze des Patienten nicht überschritten werden kann, so gehen leise Schallereignisse verloren. Erhöht man aber die Verstärkung so weit, daß auch leise Schallereignisse noch wahrgenommen werden können, so wird bei Eintreffen lauter Schallimpulse (z. B. Zuschlagen von Türen) die Schmerzgrenze erheblich überschritten, und der Patient empfindet den Schall nicht mehr als solchen, sondern als Schmerz.Transistor amplifiers for the hearing impaired with gain control The familiar one usually occurs in the hearing impaired with damage to the auditory nervous system Appearance that despite a higher stimulus threshold of the ear, the pain threshold compared with a healthy ear almost the same or even lower Is shifted towards sound pressure values. So the hearing of such patients often has one very narrow dynamic range, d. i.e., the margin between the volumes or sound pressures that can just be perceived, and those that already have one Cause pain impression is relatively small. The correction of such hearing problems through a device is therefore quite difficult. Namely, you equip the patient with a normal linear amplifying hearing aid and if this is set so that so that the patient's pain threshold cannot be exceeded, walk quietly Sound events lost. But if you increase the gain so much that it is also quiet Sound events can still be perceived, it becomes louder when they arrive Sound impulses (e.g. slamming doors) significantly exceeded the pain threshold, and the patient no longer perceives the sound as such, but as pain.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Unerträglichkeit für den Patienten zu beseitigen, d. h. die Verstärkung des Hörgerätes automatisch so zu regeln, daß das Ausgangssignal unabhängig von der Lautstärke des Eingangssignals stets innerhalb des Dynamikbereiches bleibt.The invention is based on the object of this intolerance for eliminate the patient, d. H. the amplification of the hearing aid automatically so to regulate that the output signal is independent of the volume of the input signal always remains within the dynamic range.

Ein bekannter Weg in dieser Richtung ist die sogenannte Spitzenbeschneidung der zuvor verstärkten Amplituden des Eingangssignals. Wenn man z. B. in der Endstufe des elektrischen Hörverstärkers dafür sorgt, daß bei Überschreiten eines bestimmten Steuerpegels die Verstärkung nicht mehr linear zunehmen kann, so werden alle über diesen Punkt hinausgehenden Amplituden abgeschnitten. Bei dieser Maßnahme wird stets von irgendeiner Nichtlinearität - z. B. dem Kennlinienknick des Endstufentransistors - Gebrauch gemacht. Der Hauptvorteil dieser Anordnung ist ihre große Einfachheit und die Möglichkeit, den Einsatzpunkt der Begrenzung ohne nennenswerten Aufwand an Schaltungsmitteln regelbar zu machen. Ein großer Nachteil dieser Anordnung ist jedoch, daß sie keine Regelung, sondern nur eine Begrenzung darstellt, die beim Auftreten größerer Amplituden des Eingangssignals erhebliche Verzerrungen hervorruft. Es wird lediglich das Überschreiten der Schmerzgrenze verhindert; die Verständlichkeit solcher Signale geht jedoch völlig verloren.A well-known way in this direction is the so-called tip circumcision the previously amplified amplitudes of the input signal. If you z. B. in the final stage of the electrical hearing amplifier ensures that when a certain Control level the gain can no longer increase linearly, then all are over amplitudes going beyond this point are cut off. This measure is always of any non-linearity - e.g. B. the curve kink of the output stage transistor - made use of it. The main advantage of this arrangement is its great simplicity and the ability to use the limitation without any significant effort to make controllable on circuit means. A major disadvantage of this arrangement is however, that it is not a regulation, but only a limitation that applies to The occurrence of larger amplitudes of the input signal causes considerable distortion. It only prevents the pain threshold from being exceeded; the intelligibility however, such signals are completely lost.

Eine andere bekannte Möglichkeit, die dem oben umrissenen Ziele näher kommt und heute auch vielfach verwendet wird, besteht in folgender Schaltung: Von der Endstufe des Hörverstärkers wird ein Teil der Signalspannung abgenommen und nach Gleichrichtung und Glättung einer der Vorstufen als Regelspannung zugeführt. Hier bewirkt sie durch Verschiebung des Arbeitspunktes eine echte Verstärkungsregelung. Trifft bei dieser Anordnung ein lautes Signal auf das Gerät, so steigt die Regelspannung an und steuert den Arbeitspunkt der Vorstufe(n) so, daß die Verstärkung des Gerätes abnimmt; diese Schaltung gestattet es also, auch laute Signale ohne nennenswerte Verzerrungen zu übertragen. Der Hauptnachteil dieser Schaltung ergibt sich aber aus dem Umstand, daß jedes Hörgerät einen Lautstärkeregler besitzen muß, mit dem der Patient die Verstärkung des Gerätes an seine individuellen Bedürfnisse und an die momentanen Gegebenheiten seiner Umgebung anpassen kann. Dieser Regler sitzt gewöhnlich in der Mitte des Verstärkers, also bei einem z. B. vierstufigen Gerät hinter der zweiten Stufe. Da die Regelspannung wegen der notwendigen Spannung und Leistung aber stets von der Endstufe abgenommen werden muß, befindet sich der Lautstärkeregler nun innerhalb der Regelschleife. Eine Verstellung der Lautstärke zieht also zwangläufig stets eine Verstellung des Einsatzpunktes der Regelung nach sich. Das heißt, bei Verstellung des Gerätes nach kleiner werdenden Lautstärken hin wird auch der ausregelbare Dynamikbereich immer kleiner, bis unterhalb einer gewissen eingestellten Lautstärke keine merkbare Regelung mehr stattfindet. Eine wirklich brauchbare Regelung tritt also lediglich bei den höchsten Verstärkungswerten des Gerätes ein, die der Schwerhörige aber nur in Sonderfällen ausnutzen kann.Another well-known option closer to the objectives outlined above comes and is widely used today, consists of the following circuit: Von Part of the signal voltage is taken from the output stage of the hearing amplifier and after rectification and smoothing, fed to one of the preliminary stages as control voltage. Here it effects a real gain control by shifting the operating point. If a loud signal hits the device with this arrangement, the control voltage increases and controls the operating point of the preliminary stage (s) so that the gain of the device decreases; this circuit allows loud signals without significant To transmit distortions. The main disadvantage of this circuit arises, however from the fact that every hearing aid must have a volume control with the the patient can adjust the amplification of the device to his or her individual needs can adapt to the current conditions of its environment. This regulator sits usually in the middle of the amplifier, so at a z. B. four-stage device behind the second stage. Since the control voltage because of the necessary voltage and But power must always be taken from the power amplifier, there is the volume control now within the control loop. Adjusting the volume is inevitable always an adjustment of the starting point of the regulation after itself. That is, at Adjustment of the device after decreasing volume becomes also controllable Dynamic range smaller and smaller, to below a certain set volume no more noticeable regulation takes place. A really useful scheme occurs so only with the highest Gain values of the device which the hearing impaired can only use in special cases.

Erfindungsgemäß wird dieser erhebliche Nachteil der bekannten Schaltung grundsätzlich dadurch behoben, daß man den Lautstärkeregler aus der Regelschleife herausnimmt und die Regelspannung vor dem Regelwiderstand abnimmt. Damit wird der Einsatzpunkt der Regelung praktisch unabhängig von der Stellung dieses Reglers: Bei einem Verstärker mit z. B. vier Transistorstufen kann der Lautstärkeregler also zwischen der dritten und der vierten Stufe angeordnet werden, während die Regelspannung vor dem Lautstärkeregler, also am Ausgang der dritten Stufe, abgenommen wird.According to the invention, this significant disadvantage of the known circuit becomes basically fixed by taking the volume control out of the control loop takes out and the control voltage decreases in front of the control resistor. This becomes the Starting point of the control practically independent of the position of this regulator: In an amplifier with z. B. four transistor stages can be the volume control can be placed between the third and fourth stages while the control voltage in front of the volume control, i.e. at the output of the third stage.

Weiterhin wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ein Regelspannungsverstärker vorgesehen, der die Leistung am Ausgange der dritten Stufe genügend verstärkt, um eine Regelung übel einen weiten Amplitudenbereich .zu gewährleisten: Dadurch kommt man einerseits mit einem geringen Aufwand an zur Vermeidung von Regelschwingungen notwendigen Siebmitteln aus; die in dem beschränkten Raum der Hörgeräte gut unterzubringen sind, während man andererseits durch die unmittelbare Nachbarschaft und galvanische Verkopplung von Regelspannungsverstärker und geregelter Stufe eine vorteilhafte Lösung des bei Transistorverstärkern wichtigen Problems der Temperaturstabilität erzielt: Da nämlich der bei Transistoren stets vorhandene Kollektorreststrom mit der Temperatur ansteigt, wodurch sich Arbeitspunkt und Verstärkungseigenschaften der betreffenden Stufe ändern, versucht man bisher, in dem praktisch vorkommenden Temperaturbereich eine stabile Arbeitsweise dadurch zu erhalten, daß man die Transistorenverstärker mit Stabilisierungsschaltungen versieht, die den Temperatureinflüssen entgegenwirken. Jedoch haben diese Schaltungen den erheblichen Nachteil, daß sie auch der Regelung - die ja ebenfalls Arbeitspunkt und Verstärkungseigenschaften ändern soll - entgegenwirkt. Auch dieser Nachteil wird durch die Erfindung behoben.Furthermore, according to a development of the invention, a control voltage amplifier is used provided, which amplifies the performance at the exit of the third stage enough to a regulation ill. to ensure a wide amplitude range: This comes on the one hand, with little effort to avoid control oscillations necessary sieve means from; which can be accommodated well in the limited space of the hearing aids are while on the other hand through the immediate neighborhood and galvanic Coupling of control voltage amplifier and regulated stage is an advantageous one Solution of the problem of temperature stability, which is important for transistor amplifiers achieved: Because the residual collector current that is always present in transistors is included the temperature rises, thereby changing the operating point and gain properties to change the level in question, attempts have been made so far in the practically occurring Temperature range to obtain stable operation by using the transistor amplifier provided with stabilization circuits that counteract the effects of temperature. However, these circuits have the significant disadvantage that they are also suitable for regulation - which is also supposed to change the working point and gain properties - counteracts. This disadvantage is also eliminated by the invention.

Der Erfindungsgegenstand ist im nachstehenden an Hand eines Ausführungsbeispieies näher erläutert, das in der Zeichnung in Abb.1 in einem Schaltschema dargestellt ist, von dem Abb: 2 den wesentlichen Teil der Regelschleife im Einzelschaltbild veranschaulicht.The subject of the invention is in the following on the basis of an exemplary embodiment explained in more detail, which is shown in the drawing in Fig.1 in a circuit diagram is, of which Fig: 2 shows the essential part of the control loop in the single circuit diagram illustrated.

In Abb. l sind vier Transistorstufen V1 bis V4 hintereinandergeschaltet. Der Lautstärkeregler R liegt zwischen der Stufe V3 und der Endstufe V4. Die Regelspannung wird unmittelbar hinter der Stufe V3 abgenommen und über einen Gleichrichter GI und einen Regelverstärker RV der Eingangsstufe V1 zugeführt. Demgemäß bilden die Teile Gl, RV und V1 bis V3 die Regelschleife; der Lautstärkeregler R liegt außerhalb dieser Schleife: Das Schaltbild nach Abb. 2 gibt den Bereich eines wesentlichen Teiles der Regelschleife in den Einzelheiten wieder. Demnach besteht die Regelschaltung nach der Erfindung aus der geregelten Stufe mit Transistor T1, dem Arbeitswiderstand R 1 und dem Basisspannungsteiler R2, R3, R4. Das eine Ende des Widerstandes R3 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke des Gleichstromverstärkers T2 mit Masse verbunden; dessen Kollektor führt über einen Widerstand R4 an i den Minuspol. Trifft nun eine Regelspannung geeigneter Polarität auf die Basis des Transistors T2, so zieht dieser Strom über R4, und das Kollektorpotential von T2 verschiebt sich nach positiven Werten. Diese Potentialänderung überträgt sich über den Widerstand R3 auf die Basis des Transistors T1 und steuert diesen bei geeigneter Arbeitspunkteinstellung in Richtung nach kleinerer Verstärkung.In Fig. 1, four transistor stages V1 to V4 are connected in series. The volume control R is between level V3 and output stage V4. The control voltage is taken immediately after the stage V3 and fed to the input stage V1 via a rectifier GI and a control amplifier RV. Accordingly, the parts Gl, RV and V1 to V3 form the control loop; the volume control R lies outside this loop: The circuit diagram according to Fig. 2 shows the area of an essential part of the control loop in detail. Accordingly, the control circuit according to the invention consists of the regulated stage with transistor T1, the load resistor R 1 and the base voltage divider R2, R3, R4. One end of the resistor R3 is connected to ground via the collector-emitter path of the direct current amplifier T2; its collector leads to the negative pole via a resistor R4 to i. If a control voltage of suitable polarity hits the base of transistor T2, this draws current through R4, and the collector potential of T2 shifts towards positive values. This change in potential is transmitted via the resistor R3 to the base of the transistor T1 and, given a suitable operating point setting, controls it in the direction of a lower gain.

Am Ausgang der dritten Stufe V3, von der die Regelspannung abgenommen wird, steht somit ein Signalpegel zur Verfügung, der in sehr weiten Grenzen unabhängig ist von der Größe des Eingangssignals. Der hier zwischen der dritten und der Endstufe V4 liegende Regler R (Abb. 1) ist daher ein echter Lautstärkeregler. Der Patient stellt den Regler einmal auf eine ihm angenehme Lautstärke ein, die Regelschaltung hält diesen Pegel automatisch konstant, und zwar praktisch unabhängig von der Stärke des Eingangssignals. Bei einem Muster, das nach der der Erfindung zugrunde liegenden Schaltung aufgebaut wurde, änderte sich der Ausgangsschalldruck nur um etwa 6 db bei einer Änderung des Eingangspegels zwischen 50 und 110 db, bezogen auf 2 - 10-4 #tb. Eine Verzerrung in der Kurvenform des Ausgangssignals war selbst bei noch größeren Eingangspegeln nicht feststellbar.At the output of the third stage V3, from which the control voltage is taken a signal level is available that is independent within very wide limits depends on the size of the input signal. The one here between the third and the final stage V4 located controller R (Fig. 1) is therefore a real volume control. The patient sets the controller once to a comfortable volume, the control circuit automatically keeps this level constant, practically independent of the strength of the input signal. In a pattern that is based on the invention Circuit was set up, the output sound pressure only changed by about 6 db when the input level changes between 50 and 110 db, based on 2 - 10-4 #tb. There was distortion in the waveform of the output signal even with larger ones Input levels not detectable.

Aus der oben beschriebenen Wirkung der Regelungsschaltung ergibt sich auch die Temperaturstabilisierung des Transistors T1. Bei Erwärmung des Gerätes haben sowohl die Kollektorströme des Transistors T1 als auch die des Transistors T2 steigende Tendenz: Während aber der Strom durch letzteren tatsächlich ansteigt, wird der Transistor T1 auf dem normalen Wert gehalten, weil er über R3 eine entsprechende Korrektur seines Basispotentials erfährt. Die Verstärkungseigenschuften dieser Stufe bleiben also auch bei steigender Temperatur erhalten. Die beiden weiteren Stufen V2 und V3 innerhalb der Regelschleife sind auf bekannte Art temperaturstabilisiert.The above-described effect of the control circuit results also the temperature stabilization of the transistor T1. When the device heats up have both the collector currents of the transistor T1 and that of the transistor T2 increasing tendency: while the current through the latter actually increases, the transistor T1 is kept at the normal value because it has a corresponding Undergoes correction of his base potential. The reinforcement properties of this level are therefore retained even when the temperature rises. The other two stages V2 and V3 within the control loop are temperature-stabilized in a known manner.

Um trotz den in Transistorschaltungen notwendigen großen Koppel- und Siebkapazitäten, welche die wunschgemäße Dimensionierung der Ein- und Ausschwingzeiten der Regelung erschweren, eine zufriedenstellende Arbeitsweise des Gerätes zu erreichen, kann man weiterhin gemäß der Erfindung die neue Regelschaltung durch eine Begrenzung, vorzugsweise durch mindestens eine Diode D (Abb. 1), ergänzen, die es verhindert, daß während der Ansprechzeit der Regelung die Schmerzgrenze des Patienten kurzzeitig überschritten wird. Die Begrenzung wird so eingestellt, daß sie im normalen Betrieb unwirksam ist und das sonst mögliche Auftreten der eingangs beschriebenen Verzerrungen ausschließt.To despite the large coupling and Sieve capacities, which the desired dimensioning of the swing-in and swing-out times make it difficult for the control to achieve satisfactory operation of the device, you can continue according to the invention, the new control circuit by a limitation, preferably with at least one diode D (Fig. 1), which prevents that during the response time of the control the pain threshold of the patient briefly is exceeded. The limitation is set so that it is in normal operation is ineffective and the otherwise possible occurrence of the distortions described above excludes.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Transistor amplifiers for devices for the hearing impaired with automatic gain control in reverse and volume control by hand, characterized in that the control resistor (R) is outside the control loop lies, d. H. the control voltage is removed in front of it (Fig. 1).

2. Amplifier after Claim 1, characterized in that the control voltage is via a rectifier and a DC amplifier stage is fed to one of the preamplifier stages.

3. Amplifier according to claim 2, characterized in that the emitter-collector path of the direct current amplifier transistor (T2) is parallel to part of the base voltage divider (R2, R3, R4) of the amplifier stage to be controlled (T 1) (Fig. 2).

4. Amplifier according to one of claims 1 to 3, characterized in that that to improve the control effect during the response time of the control a Limiting device, e.g. B. a diode (D), parallel to the tap of the control voltage is provided, which also briefly exceeds a predetermined level prevented.

5. Amplifier according to claim 1, characterized in that control organs for the frequency response that are also outside the control loop are located. Considered publications: "Funk-Technik", 1956, No. 19, p. 580; "Elektro-Technik (Würzburg)", 1959, No. 35, p. 20; D: B. Hurley, “Junction Transistor electronics ", 1958, p. 301; R. F. S h e a, "Transistor Ciscuit Engineering", 1957, p.97.